Während Sie diese Zeilen lesen, sitzen Sie höchstwahrscheinlich und betrachten sich als bewegungslos. Aber wir wissen, dass wir uns auf der kosmischen Ebene ständig bewegen. Die Erde dreht sich um ihre Achse und fegt uns mit einer Geschwindigkeit von 1.700 km / h durch den Weltraum, gemessen vom Äquator. Dies ist jedoch nicht so sehr, wenn Sie die Geschwindigkeit in km / s umrechnen. Die Erde dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 0,5 km / s um ihre Achse, was im Vergleich zu unseren anderen Bewegungsarten weniger ist.
Wie alle Planeten in unserem Sonnensystem dreht sich die Erde viel schneller um die Sonne als um ihre Achse. Um uns in einer stabilen Umlaufbahn zu halten, muss sich die Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 km / s bewegen. Die inneren Planeten - Merkur und Venus - bewegen sich schneller, während sich die äußeren Welten - Mars und andere - langsamer bewegen. So war es in der Vergangenheit und wird es für viele, viele Jahre in der Zukunft sein.
Aber auch die Sonne kann nicht als bewegungslos bezeichnet werden. Unsere Milchstraße ist riesig, massiv und vor allem in ständiger Bewegung. Alle Sterne, Planeten, Gaswolken, Sand- und Staubkörner, Schwarze Löcher, Dunkle Materie und alles andere bewegen sich innerhalb der Galaxie. Jedes Materie- und Energieteilchen trägt zu dieser Bewegung bei und hängt von der Gesamtkraft der Schwerkraft ab.
Aus unserer Sicht bewegt sich die Sonne 25.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt in einer Ellipse und macht alle 220-250 Millionen Jahre eine vollständige Revolution. Es wird angenommen, dass die Geschwindigkeit der Sonne während dieser Reise in der Größenordnung von 200 bis 220 km / s liegt, was im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit der Erde und anderer Planeten um die Sonne ziemlich viel ist. Wir können jedoch alle diese Bewegungen zusammenfassen und unsere Bewegung durch die Galaxie berechnen.
Aber ist unsere Galaxie für sich allein stationär? Natürlich nicht. Sie sehen, im Weltraum gibt es eine konstante Schwerkraft von massiven (und energetischen) Objekten, mit denen gerechnet werden muss, und die Schwerkraft beschleunigt alle Massen. Geben Sie unserem Universum genügend Zeit - und wir hatten 13,8 Milliarden Jahre - und alles wird sich bewegen, driften und in Richtung der größten Anziehungskraft schweben. So sind wir in relativ kurzer Zeit von einem homogenen Universum zu einem zerfetzten, gruppierten, galaxienreichen Universum übergegangen.
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Dies ist die kosmische Geschichte der Bildung von Strukturen in unserem expandierenden Universum. Was bedeutet das für uns? Dass die Milchstraße von allen anderen Galaxien, Gruppen und Clustern in unserer Nähe angezogen wird. Dies bedeutet, dass die nächsten, massereichsten Objekte in der gesamten Weltraumgeschichte unsere Bewegung steuern. Und dies bedeutet, dass nicht nur unsere Galaxie, sondern auch alle nahe gelegenen Galaxien aufgrund dieser Gravitationskraft „in einen Strom fließen“. Wissenschaftler machen eine immer genauere Karte dieses Prozesses, und wir verstehen allmählich unsere kosmische Bewegung durch den Raum.
Aber bis wir vollständig verstanden haben, wie das Universum uns beeinflusst, nämlich:
- eine vollständige Reihe von Anfangsbedingungen, unter denen das Universum geboren wurde;
- wie sich jede einzelne Masse im Laufe der Zeit bewegte und entwickelte;
- wie die Milchstraße und alle konjugierten Galaxien, Gruppen und Cluster gebildet wurden;
- wie dies alles zu jedem Zeitpunkt in der kosmischen Geschichte bis zum gegenwärtigen Moment geschah;
Wir werden unsere kosmische Bewegung nicht wirklich verstehen können. Und schon gar nicht ohne den nächsten Trick.
Wo immer wir in den Weltraum schauen, sehen wir Folgendes: die Hintergrundstrahlung von 2,725 K, die vom Urknall übrig geblieben ist. Es gibt winzige Inkonsistenzen in verschiedenen Regionen - eine Größenordnung von mehreren hundert Mikrokelvin oder so -, aber wo immer wir hinschauen (mit Ausnahme der geschlossenen Ebene der Galaxie, die wir nicht sehen können), sehen wir die gleiche Temperatur: 2,725 K.
Der Grund dafür ist, dass der Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren überall im Weltraum unmittelbar auftrat und sich das Universum seitdem ausdehnt und abkühlt.
Wenn wir den Raum betrachten, sehen wir in alle Richtungen das gleiche Nachleuchten des Ereignisses, als sich zum ersten Mal neutrale Atome bildeten. Vor dieser Zeit - 380.000 Jahre nach dem Urknall - war es zu heiß, als dass sich Atome bilden könnten, da Photonenkollisionen sie sofort zerschmettern und ihre Komponenten ionisieren würden. Aber als sich das Universum ausdehnte und das Licht eine Rotverschiebung durchlief (und Energie verlor), wurde es kalt genug, damit sich diese Atome bilden konnten.
Und als das passierte, stießen die Photonen ungehindert auf etwas. Es sind so viele übrig - über 400 pro Kubikzentimeter -, dass wir sie leicht messen können. Sogar Ihre Antennen auf alten Fernsehgeräten haben den kosmischen Mikrowellenhintergrund aufgenommen. Etwa 1% des grauen Rauschens, dieses Flackern grauweißer Pixel, im Fernsehen ist das Nachleuchten des Urknalls. Und wenn wir die Unstimmigkeiten Mikrokelvin an den Seiten entfernen, ist es in alle Richtungen gleichmäßig.
Wir sehen jedoch keinen perfekt einheitlichen Hintergrund von 2,725 K, wohin wir auch schauen. Es gibt geringfügige Unterschiede von einer Region des Himmels zur anderen. Eine Seite erscheint heißer und die andere kälter.
Die "heiße" Seite ist 2,728 K und die "kalte" Seite ist ungefähr 2,722 K. Ein so großer Unterschied übertrifft alle anderen um das 100-fache und kann leicht rätselhaft sein. Warum sind die Schwankungen in einem solchen Ausmaß im Vergleich zu den anderen so groß?
Der Schlüssel ist, dass dies keine Schwankung im Mikrowellenhintergrund ist.
Überlegen Sie, was sonst dazu führen könnte, dass Licht - und der CMB ist nur Licht - in der einen Richtung heißer (oder energiereicher) und in der anderen kälter (oder weniger energiereich) wird? Bewegung.
Wenn Sie sich zu einer Lichtquelle bewegen (oder sich zu Ihnen bewegen), verschiebt sich das Licht zu höheren Energien (blaue oder violette Verschiebung); Wenn Sie sich von einer Lichtquelle entfernen, verschiebt sie sich in Richtung niedrigerer Energien (Rotverschiebung).
Was mit dem Mikrowellenhintergrund passiert, hängt nicht mit den Energien des Hintergrunds selbst zusammen, sondern mit unserer Bewegung durch den Raum. Aus diesem Effekt des Urknall-Nachglühens können wir herausfinden, dass sich das Sonnensystem relativ zur Reliktstrahlung mit einer Geschwindigkeit von 368 ± 2 km / s bewegt und dass sich die gesamte lokale Gruppe - die Sonne, die Milchstraße, Andromeda und der Rest - mit einer Geschwindigkeit von 627 ± 22 km / s bewegt relativ zur Reliktstrahlung. Die Ungenauigkeit dieses Wertes ist auf die Unsicherheit über die Bewegung der Sonne um das galaktische Zentrum zurückzuführen. Dies ist die am schwierigsten zu messende Komponente.
Dank des Nachglühens des Urknalls wissen wir nicht nur, dass wir uns nicht an einem besonderen und privilegierten Ort im Universum befinden, sondern dass wir in Bezug auf das Hauptereignis in unserer gemeinsamen kosmischen Vergangenheit nicht einmal bewegungslos sind. Wir ziehen um. Und Bewegung ist Leben.
